面试题：分布式系统下高并发场景中，数据库事务回滚机制对ACID原子性的挑战及应对

Question

在分布式系统面临高并发读写请求时，数据库事务回滚机制会遇到哪些影响ACID原子性的问题？阐述常见的应对策略以及其原理，比如两阶段提交、三阶段提交在其中起到的作用。

Answer 1

面临影响ACID原子性的问题

1. 网络分区：在分布式系统中，网络可能出现分区，导致部分节点与其他节点失去联系。若此时进行事务操作，处于不同分区的节点可能对事务的状态认知不一致，使得部分节点执行了事务操作，而其他节点未执行，破坏原子性。例如，在电商分布式系统中，订单创建事务涉及库存扣减和订单记录插入，若在操作过程中发生网络分区，库存扣减的节点与记录订单的节点失去联系，可能出现库存扣减成功但订单未记录的情况。
2. 节点故障：某个参与事务的节点突然发生故障，可能导致事务无法正常完成。如果故障节点在事务执行过程中已经完成了部分操作，而其他节点不知道该故障节点的操作状态，就无法保证整个事务要么全部成功，要么全部失败，从而破坏原子性。比如，在分布式银行转账系统中，若负责扣除转出账户金额的节点故障，而接收账户金额增加的操作未开始，就会导致转账事务不完整。

常见应对策略及原理

1. 两阶段提交（2PC）
   • 原理：
     • 第一阶段（投票阶段）：协调者向所有参与者发送事务内容，询问是否可以执行事务操作，并等待所有参与者响应。每个参与者评估自身能否执行该事务，如果可以则回复同意，否则回复不同意。
     • 第二阶段（提交/回滚阶段）：若所有参与者都回复同意，协调者向所有参与者发送提交事务的指令，参与者收到指令后执行事务提交；若有任何一个参与者回复不同意，协调者向所有参与者发送回滚事务的指令，参与者收到指令后执行事务回滚。例如，在分布式订单系统中，第一阶段协调者询问库存服务、订单服务等各参与者能否处理订单事务，第二阶段根据投票结果统一指挥提交或回滚。
   • 作用：通过协调者统一指挥，保证所有参与者对事务的最终提交或回滚达成一致，从而维护原子性。所有节点要么都提交事务，要么都回滚事务。
2. 三阶段提交（3PC）
   • 原理：
     • 第一阶段（CanCommit阶段）：协调者向参与者发送CanCommit请求，询问参与者是否可以执行事务操作，参与者根据自身情况回复Yes或No。
     • 第二阶段（PreCommit阶段）：如果所有参与者都回复Yes，协调者向参与者发送PreCommit请求，参与者收到后将事务操作进行预处理（如记录日志等），但不真正提交，然后回复Ack给协调者；若有参与者回复No，协调者发送Abort请求，参与者回滚事务。
     • 第三阶段（DoCommit阶段）：协调者在收到所有参与者的Ack后，发送DoCommit请求，参与者收到后正式提交事务；若协调者在规定时间内未收到所有Ack或自身出现故障，参与者根据超时机制进行事务提交或回滚（默认提交）。
   • 作用：相比2PC，3PC增加了预处理阶段，减少了协调者单点故障导致数据不一致的风险。在PreCommit阶段，即使协调者故障，参与者也可根据超时机制进行相对合理的操作，进一步保证事务原子性。例如在复杂的分布式金融交易系统中，3PC能更好应对各种异常情况，确保交易要么全部完成，要么全部撤销。